DE2005391A1

DE2005391A1 - Chemical reactivity control system for nuclear reactors

Info

Publication number: DE2005391A1
Application number: DE19702005391
Authority: DE
Inventors: Dipl Ing 8521 Klein seebach Eibert Paul
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1970-02-06
Filing date: 1970-02-06
Publication date: 1971-08-12

Abstract

The reactivity of a nuclear reactor can be controlled by varying the concentration of a circulating neutron absorber. The absorber is pumped through a tubular system between the fuel elements in a reactor core, independent of the coolant circuit.

Description

Kernreaktoranlage mit chemischer Reaktivitätsregelung Die Erfindung bezieht sich auf eine Reaktoranlage, bei der eine chemische Reaktivitätsregelung vorgesehen ist. Bei einer Anzahl von Reaktoren, z.B. bei Druckwasserreaktoren mit angereichertem Uran, erfolgt die Reaktivitätsregelung durch Regelstäbe und durch ein chemisches Regelsystem. Dieses chemische Regelsystem weist aber Nachteile auf, die zum Tell in ler geringen Konzentrationsänderungsgeschwindigkeit der Borsäure und somit geringen Reaaktivitätsänderungsgeschwindigkeiten begründet sind. Weitere Nachteile bestehen in der Aufgabe, große Mengen radioaktiven Abwassers aufbereiten zu müssen. Ungünstig ist auch der positive Kühlmittel-Weiüperaturkoeffizient bei hoher Borsäuurekonzentl?ation.Nuclear reactor plant with chemical reactivity control The invention refers to a reactor system in which a chemical reactivity control is provided. With a number of reactors, e.g. with pressurized water reactors with enriched uranium, the reactivity is regulated by control rods and by a chemical control system. However, this chemical control system has disadvantages, the little rate of change in the concentration of boric acid and thus low reactivity change rates are justified. Further Disadvantages are the task of treating large amounts of radioactive waste water to have to. The positive coolant temperature coefficient at is also unfavorable high boric acid concentration.

Überdies ist dieses Verfahren bèi-Siedewasserreaktoren nicht anwendbar. Zudem wirkt Bor m Kühlmittel korrosionsfördernd und kann zu Schwierigkeiten an der mechanischen Wellenabdichtung der Reaktorunwälzpumpen führen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile eine verbesserte chemische Reaktivitätsregelung zu schaffen. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Kernreaktoranlage der geschilderten Art mindestens ein vom KUhlmittelkreislauf getrenntes Rohrsystem innerhalb des Reaktorkerns zwischen den Brennelementen angeordnet ist, das in geschlossenem Kreislauf-von einem Neutronen absorbierenden Medium durchsetzt wird. Dabei können mit Vorteil zumindest einzelne Rohre des Rohrsystem eine von der -Kreisform abweichende, vorzugsweise der Lauge der Außenflächen der brennelemente entsprechend.e Querschnittsform aufweisen, z.B. nachArt eines Dreieckes, eines Vierecks oder eines Sech ecksd Wenn der Reaktorkern eine große Anzahl solcher Parallelrohre zwischen den Brennelementen oder an den Stoßstellen der Brennelemente auf der ganzen Länge derselben und parallel zu diesen enthält, wird der Reaktorkern damit auf seinem ganzen Querschnitt von einem solchen Rohrsystem durchzogen. Das Rohrsystem enthält dabei mit Vorteil Verteiler und Sammler außerhalb des Reaktorkerns, aber innerhalb des Reaktor-Druckgefäßes, sodaß das Druckgefäß nur von einer einzigen Zulaufleitung und einer einzigen Ablaufleitung für das Rohrsystem durchbrochen wird.In addition, this method is not applicable to boiling water reactors. In addition, boron has a corrosive effect on the coolant and can cause difficulties in the lead mechanical shaft sealing of the reactor circulation pumps, the invention lies the underlying object, while avoiding these disadvantages, is an improved chemical To create reactivity regulation. The invention consists in that in a nuclear reactor plant of the type described, at least one pipe system separated from the coolant circuit is arranged inside the reactor core between the fuel assemblies, which is in closed Circulation is penetrated by a medium that absorbs neutrons. Here you can Advantageously, at least individual pipes of the pipe system have a shape deviating from the circular shape, preferably the lye of the outer surfaces of the fuel elements according to cross-sectional shape have, e.g. in the form of a triangle, a square or a hexagon if the reactor core has a large number of such parallel tubes between the fuel assemblies or at the joints of the fuel assemblies over the entire length of the same and parallel contains these, the reactor core is thus on its entire cross-section of such a pipe system traversed. The pipe system advantageously contains distributors and collector outside the reactor core, but inside the reactor pressure vessel, so that the pressure vessel only has a single inlet line and a single outlet line for the pipe system is broken.

Das Rohrsystem für das Neutronen absorbierende Medium kann mit einem außerhalb des Reaktordruckgefäßes befindlichen Kreislauf, der zumindest eine Umwälzpumpe, einen Wärmetauscher und mehrere Vorratsbehälter enthält, in Verbindung stehen. Die Rohre im Reaktorkern können hinsichtlich ihrer Anzahl oder ihres Rohrquerschnittes oder hinsichtlich beider Größen über den Querschnitt des Reaktorkerns hinweg variieren. Hierdurch läßt sich eine gewünschte, insbesondere gleichmäßige radiale Flußverteilung im Reaktorkern und auch ein gleichmäßiger Abbrand der Brennstoffelemente erzielen. Darüber hinaus oder für sich allein kann das Rohrsystem aber auch in zwei oder mehr Sinzelsysteme aufgeteilt werden oder können auch mehrere getrennte Rohrsysteme mit eigenen äußeren Kreisläufen vorgesehen sein.The pipe system for the neutron absorbing medium can with a circuit located outside the reactor pressure vessel, the at least one circulation pump, contains a heat exchanger and a plurality of storage tanks, are in communication. the Pipes in the reactor core can vary in terms of their number or their pipe cross-section or vary with respect to both sizes across the cross section of the reactor core. In this way, a desired, in particular uniform, radial flow distribution can be achieved in the reactor core and also achieve an even burn-off of the fuel elements. In addition or on its own, the pipe system can also be divided into two or more Individual systems can be divided or several separate pipe systems can be used own external circuits can be provided.

Bei einer Aufteilung in konzentrische Systeme läßt sich die radiale Flußverteilung wesentlich beeinflussen und im Betrieb in gewünschter Weise regeln. Darüber hinaus ist aber auch sinne andere Aufteilung z.B. in Segmenten möglich, von denen jedes Regelsystem mit Neutronen absorbierenden Medien unterschiedlicher Wirksamkeit, z.B. mit unterschiedlicher Borkonzentration, betrieben wird.In the case of a division into concentric systems, the radial Significantly influence the flow distribution and regulate it in the desired manner during operation. In addition, other subdivisions, e.g. in segments, are also possible, of which each control system with neutron absorbing media is different Effectiveness, e.g. with different boron concentrations.

Die Reaktivitätsregelung kann in einfacher Weise durch Konzentrationsänderung des Neutronen absorbierenden Mediums erfolgen. Bei Vorhandensein einer Anzahl von Vorratsbehältern kann man jeweils in einem solchen Vorratsbehälter ein Neutronen absorbierendes Medium größerer oder geringerer Konzentration bereit halten.The reactivity can be regulated in a simple manner by changing the concentration of the neutron absorbing medium. In the presence of a number of Storage containers can each contain a neutron in such a storage container Keep absorbent medium of higher or lower concentration ready.

Gleichzeitig mit einer Konzentrationsnderung oder für sich allein kann die Reaktivitätsänderung aber auch durch Temperaturänderung des Neutronen absorbierenden Mediums bewirkt werden.Simultaneously with a change in concentration or on its own However, the change in reactivity can also be caused by a change in the temperature of the absorbing neutrons Medium are effected.

Ein im äußeren Kreislauf befindlicher Wärmetauscher kann dieser Temperaturregelung dienen.A heat exchanger located in the external circuit can control this temperature to serve.

Die Erfindung ergibt damit den Vorteil einer großen Konzentrationsänderungsgeschwindigkeit des Neutronen absorbierenden Mediums und somit große Reaktivitätsänderungsgeschwindigkeiten.The invention thus has the advantage of a large rate of change in concentration of the neutron absorbing medium and thus high reactivity change rates.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur geringe Mengen radioaktiven Abwassers anfallen, sodaß das radioaktive Abasisersystem nur gering belastet wird und keine oder nur eine kleine Verdampferanlage benötigt wird. Neben dem Vorteil eines stets negativen Temperaturkoeffizienten ergibt sich eine günstige Regelmöglichkeit der radialen Flußverteilung während des Betriebes. Da das Neutronen abeorbierende Medium nicht mit der Auskleidung des Primärsystems in Berührung kommt, können auch Neutronen absorbierende Medien Verwendung finden, die bisher nicht verwendbar waren.Another advantage is that only small amounts of radioactive Waste water accumulate, so that the radioactive waste system is only slightly polluted and no or only a small evaporator system is required. Besides the advantage an always negative temperature coefficient results in a favorable control option the radial flow distribution during operation. Because the neutron absorbing Medium does not come into contact with the lining of the primary system, too Find neutron absorbing media use that were previously not usable.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren. zeigen Ausführungsbeispielein ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, schematischer Darstellunt. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in beiden -Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. the Characters. show exemplary embodiments in their parts essential to the invention in a greatly simplified, schematic representation. Same or corresponding Parts are given the same reference numerals in both figures.

In Figur 1 ist ein Kernreaktor dargestellt, bei dem innerhalb eines Druckgefäßes 1 sich der Reaktorkern 2 mit den Brennelementen S befindet. Zwischen den Brennelementen ist parallel zu diesen ein System von Rohren 4 angeordnet. Die einzelnen Parallelrohre gehen von einem z.B. als Ringleitung ausgebildeten Verteiler 5 aus und münden in einen ähnlich gestalteten Sammler 6. Über die Leitung 2 wird das Neutronen absorbierende Medium, z.B. Borsäure, aus dem Druckgefäß 1 herausgeführt und gelangt über die Leitung 7 Je nach Stellung der Absperrventile 8 und 9 zum Vorratsbehälter 10 oder 11, von wo aus über die Absperrventile 12 und 13 Umwälzpumpen 14 und 15 das Medium durch die Leitung 16 wieder zum Reaktor hin oder aber unter Umgehung der Vorratsbehälter über den Wärmetauscher direkt zum Reaktorkern zurück treiben.In Figure 1, a nuclear reactor is shown in which within a Pressure vessel 1, the reactor core 2 with the fuel assemblies S is located. Between A system of tubes 4 is arranged parallel to the fuel elements. the individual parallel pipes go from a manifold designed, for example, as a ring line 5 and open into a similarly designed collector 6. Via the line 2 is the neutron absorbing medium, e.g. boric acid, is led out of the pressure vessel 1 and reaches the storage container via line 7, depending on the position of the shut-off valves 8 and 9 10 or 11, from where via the shut-off valves 12 and 13 Circulation pumps 14 and 15, the medium through line 16 back to the reactor or under Bypassing the storage tank back to the reactor core via the heat exchanger to drive.

Die Vorratsbehälter 10 und 11 sowie gegebenenfalls noch weitere Vorratsbehälter enthalten Neutronen absorbierendes Medium in unterschiedlicher Konzentration. Zur Beeinflussung aer Temperatur des Neuetronen absorbierenden Mediums dient ein Wärmetauscher 17, der in geeigneter Weise an einen Anlageteil angeschlossen werden kann. Mit 18 ist ein Ausgleichsbehälter und mit 19 ein Rückschlagventil bezeichnet.The storage containers 10 and 11 and, if necessary, further storage containers contain neutron absorbing medium in different concentrations. To the A heat exchanger is used to influence the temperature of the neutron absorbing medium 17, which can be connected to a part of the system in a suitable manner. At 18 is an expansion tank and 19 denotes a check valve.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei getrennte Rohrsysteme für selbständige Umwälzsysteme vorgesehen, bei denen zweckmäßig Neutronen absorbierende Medien unterschiedlicher Konzentration in den beiden Kreisläufen umgewälzt werden. Im äußeren Bereich des Reaktorkern 2 befindet sich ein System von Rohren 20, die an einen Verteiler 21 angeschlossen sind und in einen Sammler 22 münden. Der Zufluß erfolgt über die Leitung 23, der Abfluß über die Leitung 24. In entsprechender Weise ist konzentrisch zu diesem Rohrsystem ein zweites System mit Rohren vorgesehen, die an einen Verteiler 26 angeschlossen sind und in einen Sammler 27 münden. Die entsprechenden Zufluß-und Abflußleitungen sind mit 28 und 29 bezeichnet, wobei man unterschiedliche neutronenabsorbi er ende Medien oder ein Medium unterschiedlicher Konzentration in den beiden Kreisläufen umwälzt.In the embodiment shown in Figure 2 are two separate Pipe systems provided for independent circulation systems in which neutrons are useful absorbing media of different concentrations circulated in the two circuits will. In the outer area of the reactor core 2 there is a system of pipes 20, which are connected to a distributor 21 and open into a collector 22. The inflow takes place via the line 23, the outflow via the line 24. In the same way A second system with pipes is provided concentrically to this pipe system, which are connected to a distributor 26 and open into a collector 27. the corresponding inflow and outflow lines are denoted by 28 and 29, where one different neutron-absorbing media or a different medium Concentration circulates in the two cycles.

9 Patentansprüche 2 Figuren9 claims 2 figures

Claims

Patent claims nuclear reactor plant with chemical reactivity control, characterized in that at least one pipe system separated from the coolant circuit is arranged inside the reactor core between the fuel assemblies, which is in closed Cycle is penetrated by a neutron absorbing medium.

2. Plant according to claim 1, characterized in that at least individual Pipes of the pipe system a deviating from the circular shape, preferably the position cross-sectional shape corresponding to the outer surfaces of the fuel assemblies, e.g. according to Art have a D-triangle, square or hexagon.

3. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that the Pipe system distributor and collector outside the reactor core, but inside the Contains reactor pressure vessel.

4. Plant according to claim 1 to 3, characterized in that the pipe system for the neutron absorbing medium with one outside the reactor pressure vessel located circuit, the at least one circulation pump, a heat exchanger and contains several reservoirs, is in communication.

5. Plant according to claim 1 to 4, characterized in that the number and / or the cross section of the tubes differs over the cross section of the reactor core are chosen.

6. Plant according to claim 1 to 5, characterized in that means are provided in order to regulate reactivity by changing the concentration of neutrons to effect absorbent medium.

7. Plant according to claim 6, characterized in that the storage container ready for the neutron absorbing medium with different concentration are held.

8. Plant according to claim 5 to 7, characterized in that in addition or by itself means for changing the temperature of the neutron absorbing medium are provided a heat exchanger in particular in the external circuit is built in.

9. Plant according to claim 1 to 8, characterized in that in the presence of several pipe systems a division of the systems in the sense of a concentric Arrangement and / or a segment arrangement is provided, each control system can be changed by influencing the media absorbing neutrons.